高層建筑樁基抗震分析與應(yīng)用

邵耿華

摘 要：改革開放以來，我國在經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面取得了顯著的成就，而建筑工程是我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ?，近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑工程在建設(shè)城市建筑時(shí)建設(shè)高層建筑已經(jīng)成為了一種主流趨勢(shì)，而穩(wěn)定的樁基是高層建筑抗震的重要基礎(chǔ)。高層建筑在建設(shè)時(shí)，由于高度本身比較高，會(huì)造成建筑的整體重量偏大，其本身的抗震能力是比較弱的，因此，高層建筑樁基的抗震設(shè)計(jì)，很大程度上影響著高層建筑的抗震性能。我國建筑工程的發(fā)展在建設(shè)搞成建筑方面仍然處于較低的階段，對(duì)于高層建筑的樁基抗震性能還有待提高，本文探析了我國當(dāng)前的高層建筑樁基抗震分析方法，為建設(shè)抗震性能更好的高層建筑樁基提出了一些參考性建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震分析；樁基

前言

高層建筑的抗震設(shè)計(jì)是我國當(dāng)前建筑工程發(fā)展一個(gè)重要方向，高層建筑在施工的過程中，樁基是高層建筑的基礎(chǔ)，高層建筑的樁基設(shè)計(jì)，往往很大程度上決定了高層建筑的抗震性能。樁基在建設(shè)的過程中，往往需要進(jìn)行一系列的勘查、設(shè)計(jì)，然后按照建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的施工，樁基的設(shè)計(jì)，一般而言會(huì)將建筑的承載量與抗震等級(jí)全部計(jì)算進(jìn)去，從而保證樁基在實(shí)際使用的過程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

1 現(xiàn)行的抗震分析方法

建設(shè)一個(gè)高層建筑，對(duì)建筑的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析是必不可少的，抗震分析著重建筑的樁基到建筑結(jié)構(gòu)，分析建筑物的總體抗震能力，保證建筑建成后具有一定的抗震能力。對(duì)于高層建筑樁基的抗震分析，經(jīng)過多年的研究與完善，現(xiàn)行的樁基抗震分析方法主要是稱為簡(jiǎn)易分析法的一種樁基抗震分析方法。簡(jiǎn)易分析法，從樁基的設(shè)計(jì)出發(fā)，按照土層運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，可以對(duì)一個(gè)高層建筑的樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。簡(jiǎn)易分析法，根據(jù)工程力學(xué)的方法，將高層樁基的結(jié)構(gòu)分開，對(duì)于樁頂，t=m（T/4）時(shí)，樁頂與土層位移產(chǎn)生最大彎矩，而土層在水平面上受到一個(gè)約束力F，當(dāng)n根樁頂同時(shí)作用時(shí)，最大地震力與剪力會(huì)相等，兩者互相抵消，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)。當(dāng)土層較深時(shí)，主要分析土唯一的深度d，根據(jù)深度d，才可以進(jìn)行進(jìn)一步的分析，從而確認(rèn)高層建筑的抗震性能。

2 抗震分析中常見的問題

2.1 高度問題

高層建筑的抗震能力與高層建筑的高度有很大的關(guān)系，高度過高的建筑，其樁基設(shè)計(jì)的抗震要求就要提高，但是樁基設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平是有限的，因此在建設(shè)高層建筑時(shí)一個(gè)十分重要的條件是不能一味的追求高度，必須保證樁基的抗震結(jié)構(gòu)體系在使用高度的范圍內(nèi)。高層建筑在設(shè)計(jì)樁基的過程中，要進(jìn)行初步的抗震分析，主要分析當(dāng)?shù)氐臍v史地震參數(shù)，利用歷史地震時(shí)的地震力為標(biāo)準(zhǔn)，參考在當(dāng)前樁基設(shè)計(jì)的條件下，建筑物的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，從而對(duì)建筑的抗震性能有一個(gè)初步的分析結(jié)果。高度問題是抗震分析中一個(gè)重要的參考要點(diǎn)，在樁基抗震分析中，一定要從建筑物的總體高度出發(fā)，對(duì)建筑物的高度要有著詳細(xì)的分析結(jié)果，通過建筑高度分析抗震的結(jié)果，反作用過來，就能夠決定樁基的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及樁基設(shè)計(jì)的過程中選擇的材料要求、載荷能力等。

2.2 結(jié)構(gòu)問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑樁基防震分析一個(gè)重要的問題，在不同的地區(qū)，高層建筑的樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是不同的。在地震多發(fā)的地區(qū)，樁基的材料應(yīng)該由鋼結(jié)構(gòu)為主，多地震帶由于平時(shí)的地震較多，選擇鋼結(jié)構(gòu)作為抗震的主要材料，相較于我國經(jīng)常使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加的穩(wěn)固，鋼結(jié)構(gòu)樁基的設(shè)計(jì)，能夠使得整個(gè)高層建筑在面對(duì)地震時(shí)，能夠承受住地震強(qiáng)大的地震力，即使基層機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，也能夠的維持住原有支持力的80%以上。近些年來，隨著我國的建筑工程的發(fā)展，對(duì)于高層建筑防震設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該進(jìn)行改變了，傳統(tǒng)的樁基抗震設(shè)計(jì)的原則是完全承受小震、減少中震的傷害、大震保障樁基的支持作用，這種原則，是與我國的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樁基有著很大的關(guān)系，但主要還是制約于我國當(dāng)初較為落后的抗震建筑技術(shù)。在我國的建筑工程技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，我國的變形控制建筑技術(shù)已經(jīng)取得較大的成果，變形控制技術(shù)設(shè)計(jì)的樁基，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，樁基依附的底層發(fā)生側(cè)移，剛度較小的樁基結(jié)構(gòu)能夠最大程度的隨之發(fā)生側(cè)移，使得的底層樁基與地面形成一個(gè)的支撐結(jié)構(gòu)層，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的伸臂結(jié)構(gòu)，使得高層建筑的整體抗震能力提升。在現(xiàn)有的建筑技術(shù)基礎(chǔ)上，以鋼筋混凝土為主要建筑材料的高層建筑樁基設(shè)計(jì)的過程中，樁基結(jié)構(gòu)可以在轉(zhuǎn)換層設(shè)置一定的加強(qiáng)層，通過樁基外加強(qiáng)層的設(shè)計(jì)，也能夠很大程度上增強(qiáng)高層建筑樁基本身的剛度，減少發(fā)生地震時(shí)造成的災(zāi)害。

3 樁基抗震分析與設(shè)計(jì)的發(fā)展

3.1 柔性樁基設(shè)計(jì)

柔性樁基設(shè)計(jì)，是國外建筑技術(shù)發(fā)展下最常使用的提高高層建筑樁基抗震性能的方法，能夠充分提高搞成建筑樁基的抗震性能同時(shí)保證建筑工程取得最大的經(jīng)濟(jì)合理性。地下樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了建筑底層的抗震性，而樁基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在發(fā)生地震時(shí)主要應(yīng)對(duì)是地層變化而造成了彎矩與剪力的變化。通過柔性樁基的設(shè)計(jì)，能夠使得樁基具有一定的柔性，地震造成地層發(fā)生變化時(shí)，作用于樁基的剪力與彎矩就能夠被柔性樁基吸收一部分，柔性樁基仍然具有較大的承受載荷的能力，這樣的柔性樁基設(shè)計(jì)就有效提高了高層建筑的抗震能力。柔性樁基的設(shè)計(jì)，可以的大范圍的應(yīng)用于地震頻發(fā)地帶的高層建筑樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以提高樁基設(shè)計(jì)的最大經(jīng)濟(jì)性。

3.2 晃動(dòng)應(yīng)力與樁頂設(shè)計(jì)

晃動(dòng)應(yīng)力是當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地層運(yùn)動(dòng)造成了樁頂運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的晃動(dòng)應(yīng)力，晃動(dòng)應(yīng)力會(huì)對(duì)樁頂結(jié)構(gòu)造成巨大的載荷，很容易破壞樁頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使得的高層建筑失去樁基的支撐而發(fā)生災(zāi)害。針對(duì)晃動(dòng)應(yīng)力的破壞性，在設(shè)計(jì)樁基的過程中，可以在柔性樁基的基礎(chǔ)上，對(duì)樁頂采取加強(qiáng)型樁頂設(shè)計(jì)，使得的樁頂能夠承受較大的彎矩與剪力，不至于晃動(dòng)應(yīng)力直接破壞樁頂。加強(qiáng)樁基的頂部結(jié)構(gòu)，首先要分析樁基頂部受到的晃動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，地層運(yùn)動(dòng)會(huì)使得的樁基受到縱向的約束力，樁基本身看作剛體的話，受到一個(gè)較大的縱向約束力，會(huì)使得樁基的產(chǎn)生徑向形變，從而造成樁基的頂部增高，對(duì)樁頂造成破壞。因此，對(duì)于樁基頂部的加強(qiáng)，可以使用的振動(dòng)器抽管對(duì)樁基頂部灌注混凝土，然后按照樁基的大小，采用4cm管壁厚度的鋼管再次加固，從而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的材料，能夠充分應(yīng)對(duì)晃動(dòng)應(yīng)力所造成的破壞。晃動(dòng)應(yīng)力是對(duì)搞成建筑樁基抗震能力威脅較大的因素，在建筑高層建筑時(shí)必須考慮到晃動(dòng)應(yīng)力的破壞性，對(duì)樁基頂部采取必要的抗震材料進(jìn)行加固。

結(jié)束語

樁基是一個(gè)高層建筑進(jìn)行建筑施工的基礎(chǔ)，是保證搞成建筑具有較強(qiáng)抗震能力的重要依靠。建成的高層建筑進(jìn)行樁基抗震分析，能夠充分對(duì)高層建筑在樁基設(shè)計(jì)的過程中的一些設(shè)計(jì)不足的地方及時(shí)發(fā)現(xiàn)，樁基在設(shè)計(jì)的過程中采用柔性樁基是提高樁基高層建筑樁基抗震能力的一個(gè)重要設(shè)計(jì)理念，同時(shí)對(duì)于樁基頂部的加強(qiáng)也是提高設(shè)計(jì)效率的重要方法。

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